VENTILASI INDUSTRI
AIR CLEANING
Mata kuliah Ventilasi Industri-IKK.356
L atar M uham uhammad A r i ef, I r , M Sc Dosen FKM, Peminatan Keselamatan dan Kesehatan Kerja Univ Esa Unggul Disampaikan pada kuliah online
Universitas Esa Unggul
Halaman ………… 1
VENTILASI INDUSTRI
AIR CLEANING
BAGIAN - 8
PEMBERSIH UDARA (Air Cleaning Devices) 8.1.
PENGENALAN
Aircleaning /dust collector, merupkan asoseris/perangkat pada sistim ventilasi lokal , yang berfungsinya membersikan kontaminan yang di tangkap oleh hood, dari berbagai jenis kontaminan seperti debu, gas, uap, dan asap. Salah satu jenis yang paling banyak digunakan pada sistim ventilasi lokal adalah kolektor debu atau Dust Collector (digunakan untuk menghisap debu yang ditimbulkan pada saat pengisian ), di dalam tabung Dust Collector,terdapat komponen ; air cleaning dan bags. Debu/partikulat seperti telah diketahui memiliki berbagai macam variasi baik dalam segi bentuk dan ukuran, yang bisa juga terkandung dalam larutan ataupun berwujud debu kering, dengan rentang yang sangat besar baik dalam segi fisik dan kimiawi.,,Debu dan asap yang tersuspensi di udara dapat dihilangkan dari aliran udara dengan menggunakan beberapa alat pengendali., yaitu : (i) Cyclone, (ii) Electrostatic Precipitator, dan (iii) Baghouse Filter , ketiga alat ini memiliki spesifikasi dan efisiensi yang berbeda-beda, sehingga digunakan untuk keperluan dan keadaan yang berbeda-beda disesuaikan dengan karakteristik alat tersebut. Hal yang perlu diperhatikan dalam menentukan alat pengendali kontaminan (partikulat , gas, uap dan asap ) adalah sebagai berikut : i. Konsep dasar pengendalian partikulat, gas, uap dan gas ii. Distribusi ukuran partikulat, dan besarnya kosentarasi zat pencemar iii. Efisiensi pengendalian Untuk menanggulangi kontaminan sangat berbahaya bagi pernapasan operator karena mengandung zat beracun sangat dan berbahaya bagi tubuh operator dan tenaga kerja di lingkungan tempat kerja dari berbagai macam kegiatan di industri , maka berbagai jenis penyaring debu, gas, uap, antara lain sebagai berikut : Welding Fume ( Fume & Gas Extractors ) : Biasanya type unit seperti ini dipergunakan untuk menanggulangi berbagai macam type asap pengelasan dan debu kawat las sisa dari proses pengelasan, asap las sangat berbahaya bagi pernapasan operator karena mengandung zat beracun sangat dan berbahaya bagi tubuh operator dan orang orang di ruangan tepat pengelasan. Dust Filtering : Dust Collector yang dipergunakan untuk aplikasi ini mempunyai range produk yang sangat luas karena terkait dengan volume dan jenis debu yang sangat bervariasi, selain itu pemakaian filter yang digunakan harus benar benar disesuaikan dengan jenis debu yang dihisap dengan tujuan untuk menghindari kesalahan dan kerusakan media filternya. Oil Mist Dust Collector untuk aplikasi uap oli biasanya dipergunakan untuk menghisap uap oli yang keluar dari mesin mesin mekanik seperti mesin CNC, turbin, kompresor dan mesin lainnya. Pada proses pengikisan logam dengan mesin bubut CNC, biasanya terjadi pencampuran uap oli dengan uap coolant yang biasanya mengeluarkan bau tidak sedap dan pada akhirnya mengganggu udara di sekitarnya. Painting : Dust Collector untuk aplikasi painting dibuat dalam bentuk Spray booth yang fungsinya adalah untuk Halaman ………… 2
VENTILASI INDUSTRI
AIR CLEANING
BAGIAN - 8
PEMBERSIH UDARA (Air Cleaning Devices) 8.1.
PENGENALAN
Aircleaning /dust collector, merupkan asoseris/perangkat pada sistim ventilasi lokal , yang berfungsinya membersikan kontaminan yang di tangkap oleh hood, dari berbagai jenis kontaminan seperti debu, gas, uap, dan asap. Salah satu jenis yang paling banyak digunakan pada sistim ventilasi lokal adalah kolektor debu atau Dust Collector (digunakan untuk menghisap debu yang ditimbulkan pada saat pengisian ), di dalam tabung Dust Collector,terdapat komponen ; air cleaning dan bags. Debu/partikulat seperti telah diketahui memiliki berbagai macam variasi baik dalam segi bentuk dan ukuran, yang bisa juga terkandung dalam larutan ataupun berwujud debu kering, dengan rentang yang sangat besar baik dalam segi fisik dan kimiawi.,,Debu dan asap yang tersuspensi di udara dapat dihilangkan dari aliran udara dengan menggunakan beberapa alat pengendali., yaitu : (i) Cyclone, (ii) Electrostatic Precipitator, dan (iii) Baghouse Filter , ketiga alat ini memiliki spesifikasi dan efisiensi yang berbeda-beda, sehingga digunakan untuk keperluan dan keadaan yang berbeda-beda disesuaikan dengan karakteristik alat tersebut. Hal yang perlu diperhatikan dalam menentukan alat pengendali kontaminan (partikulat , gas, uap dan asap ) adalah sebagai berikut : i. Konsep dasar pengendalian partikulat, gas, uap dan gas ii. Distribusi ukuran partikulat, dan besarnya kosentarasi zat pencemar iii. Efisiensi pengendalian Untuk menanggulangi kontaminan sangat berbahaya bagi pernapasan operator karena mengandung zat beracun sangat dan berbahaya bagi tubuh operator dan tenaga kerja di lingkungan tempat kerja dari berbagai macam kegiatan di industri , maka berbagai jenis penyaring debu, gas, uap, antara lain sebagai berikut : Welding Fume ( Fume & Gas Extractors ) : Biasanya type unit seperti ini dipergunakan untuk menanggulangi berbagai macam type asap pengelasan dan debu kawat las sisa dari proses pengelasan, asap las sangat berbahaya bagi pernapasan operator karena mengandung zat beracun sangat dan berbahaya bagi tubuh operator dan orang orang di ruangan tepat pengelasan. Dust Filtering : Dust Collector yang dipergunakan untuk aplikasi ini mempunyai range produk yang sangat luas karena terkait dengan volume dan jenis debu yang sangat bervariasi, selain itu pemakaian filter yang digunakan harus benar benar disesuaikan dengan jenis debu yang dihisap dengan tujuan untuk menghindari kesalahan dan kerusakan media filternya. Oil Mist Dust Collector untuk aplikasi uap oli biasanya dipergunakan untuk menghisap uap oli yang keluar dari mesin mesin mekanik seperti mesin CNC, turbin, kompresor dan mesin lainnya. Pada proses pengikisan logam dengan mesin bubut CNC, biasanya terjadi pencampuran uap oli dengan uap coolant yang biasanya mengeluarkan bau tidak sedap dan pada akhirnya mengganggu udara di sekitarnya. Painting : Dust Collector untuk aplikasi painting dibuat dalam bentuk Spray booth yang fungsinya adalah untuk Halaman ………… 2
VENTILASI INDUSTRI
AIR CLEANING
menghisap dan menyaring sisa partikel debu cat, Woodworking : Woodworking untuk industri furniture sebagai salah satu industri yang menyerap unit unit Dust Collector. Industri furniture atau pengolahan kayu lainnya sudah dapat dipastikan terdapat aktifitas pemotongan, penghalusan, pengukiran atau penyerutan kayu. Selain itu unit unit seperti ini banyak juga dipakai di industri Tekstil, Tekstile, Garment, Pakan Ternak atau bahkan pabrik kertas sekalipun. Electronic : Unit Dust Collector untuk kategori ini tentu saja banyak di pakai di pabrik Elektronik, fungsinya adalah untuk menghisap asap solder yang sangat berbahaya bagi paru paru operator, namun demikian unit seperti ini bisa juga dipergunakan untuk menghisap asap spot welding yang volumenya relatif tidak banyak. Automotive : Dust Collector untuk kategori automotive digunakan untuk menghisap asap sisa pembakaran kendaraan bermotor, seperti kita ketahui bersama bahwa gas sisa pembakaran kendaraan bermotor mengandung karbon monoksida (CO) yang mengandung racun, sehingga untuk bengkel bengkel kendaraan resmi biasanya sudah memakai peralatan Dust Collector untuk menghindari masuknya gas berbahaya ke dalam saluran pernapasan teknisi bengkel itu sendiri.
8.2.
PEMILIHAN PERALATAN DUST COLEECTION
Faktor-faktor yang mempengaruhi pemilihan peralatan dust collection/debu collection/ debu koleksi , koleksi , meliputi:
8.2.1.
Konsentrasi dan Ukuran Partikel Kontaminan.
Dalam system ventilasi lokal data- tentang konsentrasi konsentrasi faktor debu di lingkungan tempat kerja, biasanya berkisar 0,1-100 mikron - berbagai agak lebar ukuran partikel
8.2.2.
Tingkat Koleksi Yang Dibutuhkan
Untuk mengevaluasi kebutuhan peralatan, hal-hal yang perlu dipertimbangkan adalah efisiensi dalam penggunaan biaya ,seperti ; (i) precipirators elektrostatik, efisiensi biaya peralatan yang tinggi seperti menggunakan kain atau atau unit kolektor basah; dan (ii) unit biaya yang yang lebih rendah primer seperti kelompok sentrifugal kering. Besarnya tingkat pengisapan debu yang diperlukan tergantung pada lokasi pabrik dan jenis pekerjaan ; Komposisi kuantitas bahan bahan dirilis untuk atmoshere dengan tipe yang berbeda dari kolektor debu debu s; sifat kontaminan - nuissance penyelamatan nilai atau potensi sebagai bahaya kesehatan, masyarakat atau kemampuan kerusakan properti - dan persyaratan lokal atau negara polusi udara peraturan. udara peraturan.
8.2.3.
Karakteristik udara atau aliran gas.
Aliran gas yang tinggi melebihi suhu 180 F akan mencegah penggunaan media kapas standar dalam kolektor kain; adanya uap atau kondensasi uap air akan menyebabkan packling dan memasukkan paket udara atau debu di kain dan kolektor sentrifugal kering. Komposisi kimia dapat menyerang kain atau logam dalam kolektor kering dan menyebabkan kondisi yang sangat korosif bila dicampur dengan air dalam kolektor tipe basah. Halaman ………… 3
VENTILASI INDUSTRI
8.2.4.
AIR CLEANING
Karakteristik Kontaminan
Komposisi kimia dapat menyebabkan serangan pada elemen kolektor debu atau korosi pada kolektor debu tipe basah. Sticky bahan seperti debu buffing logam diresapi dengan senyawa Buffing dapat mematuhi elemen kolektor memasukkan bagian kolektor debu. Linty bahan seperti debu dari tekstil pembuka, pemetik dan Napper akan mengikuti jenis tertentu atau elemen permukaan kolektor. Abrasivitas dari banyak bahan di moderat unt uk konsentrasi berat sepert i debu dari peledakan pasir akan menyebabkan keausan yang cepat terutama pada kolektor tipe kering sentrifugal. Partikel ukuran dan bentuk akan mengesampingkan desain kolektor tertentu. Bentuk parashute partikel seperti "sayap lebah" dari gandum akan "mengambang" melalui kolektor sentrifugal karena kecepatan mereka jatuh menjadi lebih lambat dari banyak partikel berbentuk bola kecil dari gravitasi khusus yang sama. Sifat mudah terbakar dari banyak bahan dibagi halus akan mempengaruhi pemilihan kolektor debu ledakan bukti untuk produk tersebut
8.2.4.
Metode pembuangan.
Metode pemindahan dan pembuangan bahan yang dikumpulkan akan bervariasi dengan bahan, proses tanaman, kuantitas yang terlibat dan desain kolektor. Kolektor kering dapat dibongkar terus menerus atau dalam batch melalui gerbang dump, katup menetes dan kunci putar untuk konveyor atau kontainer. Kolektor basah dapat diatur untuk penghapusan batch atau pengusiran terus-menerus dari materi airnya oleh konveyor penerbangan atau pengeringan sebagai bubur. Karakteristik material dapat mempengaruhi masalah lain, seperti pengepakan dan menjembatani bahan kering dalam gerbong debu, mengambang karakteristik lumpur terbentuk di kolektor basah, dan lain-lai. Komite Industrial ventilasi “ American Conference of Industrial Hygienists (ACGIH) “ merekomendasikan pebuangan debu, gambar -8.1, gambar- 8.2, dan gambar- 8.3
8.3.
TIPE DUST COLLECTOR TIPE
Dust collector Sistim Dust Colector adalah sistem yang digunakan untuk meningkatkan kualitas dari udara atau gas buang dari proses di industri dengan cara menyaring debu yang ada serta material kotor yang ada di udara /gas buang tersebut. Sistem Dust collector terdiri dari : blower, dust filter, filter cleaning system serta system pembuangan debu (dust). Terdapat 4 (empat) tipe dust collector, yaitu : 1. Electrostatic precipitators 2. Fabric filters, 3. Wet scrubbers, dan 4. Iinertial separators,
Halaman ………… 4
VENTILASI INDUSTRI
AIR CLEANING
Gambar. 8.1. Dry Type Dust Collectors Dust Disposal
Halaman ………… 5
VENTILASI INDUSTRI
Gambar.8.2.
AIR CLEANING
Dry Type Dust Collectors Discharge Valves (Part 1)
Halaman ………… 6
VENTILASI INDUSTRI
Gambar 8.3
AIR CLEANING
Dry Type Dust Collectors Discharge Valves (Part 2)
Halaman ………… 7
VENTILASI INDUSTRI
8.3.1.
AIR CLEANING
Electrostatic precipitators (ESP)
Electrostatic precipitators (ESP) menggunakan gaya elektrostatik untuk memisahkan debu dari gas buangan, gas kotor akan mengalir melewati elektroda dan debu yang ada dalam aliran gas tersebut akan menempel .Material yang menempel pada elektroda dapat dihilangkan dengan cara digetarkan secara kontinyu. Pembersihan pada precipitator dapat dilakukan tanpa harus mengganggu aliran udara. Ada 4 (empat) komponen utama dalam Electrostatic precipitators (ESP) a. PSU, untuk mensuplai tegangan DC b. Bagian ionasi c. System untuk membersihkan partikulat debu yang telah dikumpulkan d. Cover atau Electrostatic precipitators (ESP) Beberapa faktor yang mempengaruhi efisiensi Electrostatic precipitators (ESP) a. Luas area penyerapan debu dan aliran gas yang rendah meningkatkan efisiensi karena memberikan waktu yang banyak untuk menyaring debu b. meningkatkan kecepatan menempelnya debu pada elektroda akan meningkatkan efisiensi, kecepatan ini dapat ditingkatkan dengan cara mengurangi viskositas gas Meningkatkan temperature gas Meningkatkan tegangan pada elektroda Tipe dari precipitator Plate precipitator Kebanyakan tipe Electrostatic precipitators (ESP) yang banyak digunakan adalah tipe plat. Pertikel yang dapat menempel pada permukaan adalah 8 – 12 inch (20-30cm.). Gas yang terkontaminasi melewati celah antara plat, kemudian partikel debu akan menempel pada permukaan plat. Debu yang menempel pada plat akan dihilangkan dengan cara memukul plat kemudian disimpan ke dalam hopper di vawah precipitator Tubular precipitator Tubular precipitator terdiri dari silinder elektroda, dengan discharge elektroda pada sumbu silinder. Aliran gas yang terkontaminasi akan mengalir disekitar area discharge elektrode dan naik melalui bagian dalam dari silinder. Kemudian partikel debu akan m enempel pada dinding dasar silinder, kemudian nantinya akan dibersihkan.Tubular precipitator sering digunakan untuk kabut atau asap, atau radio aktif serta toxic material
8.3.2.
Fabric Filter
Umumnya dikenal sebagai baghouses, fabric collector menggunakan saringan untuk memisahkan debu dari gas. Merupakan system yang efektif dari beberapa tipe dust collector dan dapat menyaring lebih dari 99% debu halus. Gas kotor masuk kedalam dan melewati fabric bags yang berguna sebagai penyaring. Types of bag Cleaning Baghouse dibedakan dari metode pembersihannya; Shaking Sebuah balok digunakan untuk menghasilkan getaran pada baghouse yang akan mengubah cake menjadi partikel. Reverse Air Memberikan tekanan udara dari arah berlawanan yang akan mebuat dust cake remuk dan jatuh ke hopper. Pulse Jet Halaman ………… 8
VENTILASI INDUSTRI
Memberikan aliran gas bertekanan tinggi untuk memindahkan debu didalam baghouse. Sonic Membersihkan debu didalam baghouse menggunakan metode getaran sonic. Generator suara memproduksi suara berfrekuensi rendah yang akan menyebabkan baghouse bergetar. Metode Sonic biasanya dikombinasikan dengan metode lain.
Gambar .8.4
8.3.3.
AIR CLEANING
Baghouse dust collectors
Wet Scrubbers
Dust collector yang menggunakan cairan dikenal dengan nama wet scrubbers. Dalam system ini cairan scrubbing (biasanya air) dikontakkan langsung dengan gas yang mengandung debu. Kontak antara gas berdebu dengan cairan ini menghasilkan efisiensi dari dust removal. Banyak sekali jenis dari wet scrubbers, namun semuanya memiliki satu dari 3 (tiga) konfigurasi: 1. 2.
3.
Gas humidification, gas humdification ini menggumpalkan debu halus yang ada pada aliran gas, Gas liquid contact, merupakan salah satu aspek penting yang mempengaruhi efisiensi. Kontak antara partikel dan tetesan air terjadi dengan 4 (empat) mekanisme: a. Inertial impaction, ketika aliran gas yang melewati tetesan air, aliran tersebut memecah dan mengalir melewatinya (tetesan air), dan ketikan ada partikel debu yang menabrak tetesan tersebut maka debu tersebut akan terbawa tetesan b. Interception, partikel debu yang lebih halus yang ada dalam aliran gas tidak menabrak tetesan air secara langsung tapi hanya menyentuh dan akan menempel pada tetesan air tersebut c. Diffusion, Ketika tetesan cair yang tersebar di antara partikel debu,partikel debu akan diendapkan pada permukaan tetesan Ini adalah mekanisme utama dalam pengumpulan submikro partikel debu d. Condensation nucleation, If a gas passing through a scrubber is cooled below the dewpoint, condensation of moisture occurs on the dust particles. This increase in particle size makes collection easier Gas-liquid separation, Terlepas dari mekanisme kontak, cairan dan debu harus dihilangkan. Setelah terjadi kontak antara debu dan tetesan air, partikulat debu dan tetesan air bergabung m embentuk aglomerat. Ketika aglomerat tersebut makin banyak maka akan terkumpul dikolektor . Gas yang telah bersih tadi akan melaju terus melewati “mist eliminator” untuk menghilangkan partikel air yang ada dalam aliran gas. Air kotor yang berasal dari scrubber system akan didaur Halaman ………… 9
VENTILASI INDUSTRI
AIR CLEANING
ulang dan dibersihkan untuk digunakan untuk scrubber. Kotoran debu yang ada didalam air dihilangkan menggunakan drag chain tank. Sistemnya dalah dengan cara mengendapkan partikel dan nantinya endapan tersebut (sludge) akan dibuang ke penampungan. Tipe scrubbers Spray-tower scrubber dipisahkan berdasarkan tekanan: Low-energy scrubbers (0.5 to 2.5 inches water gauge - 124.4 to 621.9 Pa) Low- to medium-energy scrubbers (2.5 to 6 inches water gauge - 0.622 to 1.493 kPa) Medium- to high-energy scrubbers (6 to 15 inches water gauge - 1.493 to 3.731 kPa) High-energy scrubbers (greater than 15 inches water gauge - greater than 3.731 kPa) 8.3.4.
Inertial Separators
Inertial separators memisahkan debu dari aliran gas dengan menggunakan gaya, seperti sentrifugal, gravitasi serta inersia. Gaya ini memindahkan debu ke area dimana tekanan dari aliran gas rendah.Debu yang telah dipisahkan akan masuk ke dalam hopper untuk penyimpanan sementara. Terdapat tiga tipe utama inertial separator, yaitu : (i) Settling chambers, (ii) Baffle chambers, dan (iii) Centrifugal collectors Baik settling chamber atau baffle chamber biasanya jarang digunakan dalam proses industry karena desainnnya tidak sinkron dengan desain dari dust collector yang lebih efisien. 8.3.4.1.
Settling Chamber
Settling Chamber adalah alat pengendali partikulat pertama yang sering dipakai untuk menurunkan emisi debu. Saat ini sudah jarang dipakai karena tingkat efisiensinya yang rendah untuk patikel berukuran kecil. Prinsip penyisihan partikulat dalam Gravity Settler, yaitu gas yang mengandung partikulat dialirkan melalui suatu ruang (chamber ) dengan kecepatan rendah sehingga memberikan waktu yang cukup bagi partikulat untuk mengendap secara gravitasi ke bagian pengumpul debu ( dust collecting hoppers).
Gamabar. 8.5
Settling chamber
Settling chamber terdiri dari kotak besar yang terdapat pada saluran pipa udara atau gas. Dengan ukuran kotak yang lebih besar dari pipa akan membuat kecepatan dari aliran gas yang berdebu menurun dan membuat partikel debu yang berat keluar Kelebihan :
Desain alat sederhana, mudah untuk dibuat konstruksinya Pemeliharaan yang mudah dan pemeliharaan sangat rendah.
Halaman ………… 10
VENTILASI INDUSTRI
AIR CLEANING
Kekurangan :
Ukurannya besar, memerlukan lahan yang luas Harus dibersihkan secara manual dalam interval waktu tertentu Hanya efektif menyisihkan partikel berukuran besar (>50μm).
8.3.4.2.
Baffle Chamber
Dengan menggunakan plate baffle yang akan menyebabkan aliran gas akan berubah arah. Maka partikel yang besar tidak akan terbawa aliran gas tapi akan jatuh ke bawah. Baffle Chamber digunakan untuk permbersihan gas awal
Gambar. 8.6
8.3.4..3
Baffle Camber
Centrifugal Collector
Centrifugal collector menggunakan aliran cyclone untuk memisahkan partikel debu dari aliran gas. Aliran gas berdebu akan masuk dengan sudut tertentu kemudian berputar dengan cepat. Gaya sentrifugal yang dihasilkan dari aliran yang berputar akan membuat partikel debu akan terbuang ke dinding. Setelah itu debu akan jatuh ke hopper yang lokasinya di bawah. Tipe centrifugal collector yang sering digunakan adalah, 1.
Single-cyclone separators
Membuat dua pusaran untuk memisahkan debu kasar dan halus. Pusaran utama akan membawa debu kasar ke bawah. Pusaran kedua dihasilkan di dekat bawah pusaran utama yang membawa debu halus ke atas.
Halaman ………… 11
VENTILASI INDUSTRI
AIR CLEANING
Gambar.8.7 Simgle cylone separors
2.
Multiple-cyclone separators
Multiple-cyclone separators terdiri dari beberapa cyclone kecil yang bekerja secara parallel dan mempunyai saluran gas masuk dan keluar.
Gambar.8.8 Multiple-cyclone separators
Halaman ………… 12
VENTILASI INDUSTRI
AIR CLEANING
Multiple-cyclone separators memiliki prinsip yang sama dengan single cyclone separators. Multiple-cyclone separators lebih efisien karena dia lebih panjang serta memiliki diameter yang kecil. Panjangnya cyclone mempengaruhi waktu proses lebih lama dan diameter kecil menghasilkan gaya sentrifugal yang besar, hal ini membuat pemisahan debu lebih efisien. Penurunan tekanan dari multiple-cyclone separators lebih besar daripada single-cyclone separators. Tipe ini banyak digunakan di industry seperti pabrik kertas, pabrik semen, pabrik baja, pabrik petroleum coke dll. Sedangkan efisiensi siklon separator terpengaruh beberapa hal, yaitu : Gaya sentrifugal Gaya angkat / Bouyancy force Gaya tahanan aliran / Drag force Pressure Drop juga mempengaruhi performance total Hal tersebut bisa dilihat pada gambar berikut :
Gambar. 8.9 Grafik efisiensi Dust Collector, kontaminan dari Hood (dust in) dan air out ke Fan Kelebihan : Capital cost yang rendah Peralatan relatif sederhana Dapat dioperasikan pada temperatur tinggi Pemeliharaan mudah Merupakan sistem pengumpul kering Kebutuhan lahan relatif tidak luas. Kekurangan : Efisiensi rendah (terutama untuk partikel yang sangat kecil) Biaya operasi tinggi karena tingginya pressure drop
Halaman ………… 13
VENTILASI INDUSTRI
8.4.
ALAT PENGENDALAIN
AIR CLEANING
PARTIKULAT
Debu dan asap yang tersuspensi di udara dapat dihilangkan dari aliran udara dengan menggunakan beberapa alat pengendali. Terdapat tiga buah alat yang dapat menyisihkan partikulat dari udara, yaitu : 1. Cyclone 2. Electrostatic Precipitator 3. Baghouse Filter Ketiga alat diatas memiliki spesifikasi dan efisiensi yang berbeda-beda, sehingga digunakan untuk keperluan dan keadaan yang berbeda-beda disesuaikan dengan karakteristik alat tersebut. 8.4.1.
Cyclone
Cyclone merupakan alat mekanis sederhana yang digunakan untuk menyisihkan partikulat dari aliran gas. Cyclone cukup efektif untuk menyisihkan parti kulat kasar dengan diameter >10 mm. Prinsip penyisihan partikulat dari aliran gas pada alat ini adalah dengan memanfaatkan gaya sentrifugal sehingga jika gaya sentrifugalnya besar maka efisiensi penyisihan partikulat juga akan tinggi. Pada umumnya cyclone dirancang dengan kesamaan geometris dimana perbandingan dimensinya bersifat konstan untuk berbagai diameter (Diameter body = Do). Nilai perbandingan ini akan menentukan apakah cyclone tersebut termasuk jenis konvensional, efisiensi tinggi atau high throughput (1). Jenis-jenis cyclone secara garis besar terbagi menjadi tiga, yaitu konvensional, efisiensi tinggi dan high throughput . Dapat dilihat pada Tabel 8.1 berikut ini perbandingan dimensi untuk cyclone. Tabel 8.1 Standar Pendimensian Cyclone
Diameter casing (D/D) Tinggi saluran inlet (H/D) Lebar saluran inlet (W/D) Diameter keluaran gas (De/D) Tinggi vortex (S/D) Tinggi casing (Lb/D) Tinggi kerucut (Lc/D) Diameter keluaran debu (Dd/D) (Sumber: Cooper & Alley,1992)
Tipe Cyclone Efisiensi Tinggi 1 2 1 1 0.5 0.44 0.2 0.21 0.5 0.4 0.5 0.5 1.5 1.4 2.5 2.5 0.375 0.4
Konvensional 3 4 1 1 0.5 0.5 0.25 0.25 0.5 0.5 0.625 0.6 2 1.75 2 2 0.25 0.4
High Throughput 5 6 1 1 0.75 0.8 0.375 0.35 0.75 0.75 0.875 0.85 1.5 1.7 2.5 2 0.375 0.4
Efisiensi dari alat cyclone dipengaruhi oleh viskositas gas, lebar saluran inlet, kecepatan gas inlet, densitas antara partikel dan gas, dan diameter partikel. Efisiensi dari alat cyclone dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut
----------- 8.1
Halaman ………… 14
VENTILASI INDUSTRI
AIR CLEANING
Dimana : η j dp dpc
= = =
efisiensi penyisihan untuk rentang partikel j karakteristik partikel pada rentang j diameter yang dapat tersisihkan sebesar 50 %
Gambar. 8.10
Cyclone
Diameter yang dapat tersisihkan sebesar 50% (dpc) memiliki hubungan erat dengan dimensi dari cyclone, dpc dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut ini,
-----------8.2
Dan efisiensi keseluruhan dari alat cyclone merupakan rerata untuk seluruh rentang ukuran partikel yaitu,
ηo = ∑ η jm j
--------------8.3
Halaman ………… 15
VENTILASI INDUSTRI
8.4.2.
AIR CLEANING
Electrostatic Precipitator
Prinsip dari alat ini merupakan penyisihan partikel dari udara dengan pemberian muatan gaya pada partikel dengan gaya elektrostatik.
Gambar. 8.11
Electrostatic precipitator
Gaya elektrostatik yang diberikan pada partikel berasal dari korona (muatan listrik yang sangat tinggi), sehingga partikel menjadi bermuatan listrik. Kemudian pada plat pengumpul diberi muatan yang berbeda dari muatan yang diberikan pada partikel, sehingga partikel akan menempel pada plat, yang selanjutnya akan meluruh menuju hopper. Dalam menyisihkan debu pada alat elektrostatic precipitator dipengaruhi oleh kecepatan udara, luas area pengumpulan, dan debit dari udara, yang dapat dilihat pada persamaan berikut ini,
η = 1 – e
-w
------------------8.4
Cara kerja dari electro static precipitator (ESP) adalah, (1) melewatkan gas buang (flue gas) melalui suatu medan listrik yang terbentuk antara discharge electrode dengan collector plate, flue gas yang mengandung butiran debu pada awalnya bermuatan netral dan pada saat melewati medan listrik, partikel debu tersebut akan terionisasi sehingga partikel debu tersebut menjadi bermuatan negatif (-). (2) Partikel debu yang sekarang bermuatan negatif (-) kemudian menempel pada pelat-pelat pengumpul (collector plate). 8.4.3.
Baghouse Filter
Baghouse filter merupakan alat pengendali yang sangat baik untuk diapikasikan dalam penyisihan debu yang memiliki ukuran kecil dimana diinginkan efesiensi penyisihan yang cukup tinggi. Bahan yang digunakan pada baghouse filter biasanya berbentuk tabung atau kantung. Baghouse filter beroperasi dengan prinsip kerja yang hampir sama dengan vacuum cleaner . Udara yang Halaman ………… 16
VENTILASI INDUSTRI
AIR CLEANING
membawa debu partikulat yang ditekan melewati kantung-kantung yang terbuat dari bahan yang spesifik. Sehingga ketika udara melewati bahan tersebut, debu akan terakumulasi pada permukaan bahan tersebut, menghasilkan udara yang bersih. Bahan yang digunakan berguna untuk menahan debu. Namun lapisan debu yang terakumulasi di permukaan juga memiliki keuntungan dalam menciptakan efisiensi yang tinggi dalam proses filtrasi partikel yang lebih kecil. ( Lapisan debu ini memiliki efek yang sangat penting bagi bahan yang dirajut dibandingkan dengan bahan bulu kempa). Dalam penggunaan baghouse filter terdapat beberapa kelebihan dan kekurangan yang perlu dicermati, sehingga penggunaan alat baghouse filter dalam menanggulangi partikulat di udara akan efektif. Berikut ini adalah keuntungan dan kekurangan dari baghouse filter: Keuntungan dari baghouse filter : 1. Memiliki efisiensi yang tinggi walau untuk partikel yang sangat kecil 2. Dapat dioperasikan pada berbagai jenis debu 3. Dapat dioperasikan melebihi rentang volumetrik flow rate yang ada. 4. Membutuhkan kehilangan tekan yang cukup Kerugian dari baghouse filter : Membutuhkan area yang besar. Bahan yang digunakan dapat rusak akibat temperatur yang tinggi atau bahan yang dapat menyebabkan korosif. Tidak dapat diaplikasikan pada daerah yang memiliki kelembaban tinggi: karena dapat menyebabkan pori-pori bahan tertutup. Memiliki kemungkinan yang sangat tinggi terhadap terjadinya kebakaran. Bahan yang diaplikasikan dalam baghouse filter yang terlihat pada Gambar 8.12
Gambar 8.12
8.4.3.1.
Bahan yang digunakan untuk baghouse filter
Mekanisme Proses Filtrasi
Baghouse filter biasanya digunakan untuk menghilangkan debu dan asap dari aliran udara dengan menggunakan bahan yang memiliki serat dengan diameter 100-150 µ, dan ruang terbuka yang berada diantara serat tersebut antara 50-75µ Gambar 2.21. Ruang ini dapat dilewati oleh debu yang sangat kecil. Sehingga ketika pada saat awal alat baghouse filter diaplikasikan umunya debu yang kecil akan lolos dari bahan yg digunakan. Namun setelah terjadinya impaksi, intersepsi dan difusi, maka partikel-partikel debu tersebut yang akan menutup celah-celah kecil tersebut. Ketika celah tersebut telah dipenuhi partikulat dan lapisan partikulat dipermukaan bahan telah terbentuk maka efisiensi baghouse filter akan semakin meningkat. Efisiensi pengumpulan partikel debu dengan penggunaan baghouse filter pada partikulat yang memiliki ukuran 1mm atau kurang bisa mencapai 90%, proses filtrasi secara jelas tidak hanya dengan mekanisme penyaringan biasa saja. Partikel yang kecil pada awalnya akan tertangkap dan tertahan pada
Halaman ………… 17
VENTILASI INDUSTRI
AIR CLEANING
serat dari bahan karena adanya intersepsi, impingement,difusi, pengendapan secara gravitasi, dan gaya tarik elektrostatik. Setelah debu terkumpul, pengumpulan selanjutnya dilakukan dengan metode penyaringan seperti telah disebutkan sebelumnya. Berikut ini adalah penjelasan detail tentang mekanisme filtrasi yang terjadi pada Baghouse filter .
Gambar .8.13
Mekanisme Proses Filtrasi pada baghouse filter
Intersepsi langsung Dalam kondisi normal aliran pada udara filtrasi yang ada biasanya bersifat laminer (11). Pada kondisi laminer ini, partikel yang memiliki gaya inersia yang kecil akan bertahan pada suatu streamline. Apabila streamline tersebut melewati suatu halangan, seperti serat dari bahan filter, dalam jarak yang sama dengan radius dari partikel, partikel akan melakukan kontak dengan penghalang tersebut dan akan melekat karena adanya gaya Van der Walls.
Imping ement Pada partikel yang memiliki kelembaman yang cukup besar, partikel ini tidak akan mengikuti arah arus aliran ketika arah arus aliran membelok dari arah garis edar ketika mendekati suatu halangan. Kemungkinan dari partikel untuk melakukan kontak dengan permukaan penghalang yang ada bergantung pada ukuran penghalang tersebut serta ukuran dan inersia dari partikel. Seperti yang juga terjadi pada keadaan intersepsi langsung, penghalang yang kecil cenderung lebih efektif sebagai pengumpul maka hal ini juga berlaku pada mekanisme impingement atau impaksi. Kelembaman dari suatu partikel dapat diukur dengan stopping distance. Stopping distancemerupakan jarak yang ditempuh oleh suatu partikel sebelum partikel sampai pada penghalang ketika arah arus aliran berpindah cepat sebesar 90°. Impaksi bukan merupakan faktor yang penting dalam pengumpulan partikel yang memiliki ukuran lebih kecil dari 1 mikron. Sedangkan impaksi merupakan hal yang perlu untuk dipertimbangkan dalam pengumpulan partikel yang memiliki ukuran 2 mikron dan yang lebih besar (11). Untuk mengumpulkan partikel secara efektif dengan memanfaatkan gaya inersia, arah aliran aerosol harus berubah cepat terhadap suatu jarak tertentu dari kolektor atau penghalang, yang diperkirakan akan berukuran sama atau kurang dari stopping distance (11). Sehingga untuk mengumpulkan partikulat secara efektif perlu untuk mendesain kolektor dengan dimensi tegak lurus dengan arah aliran aerosol dengan ukuran yang sama denganstopping distance (11). Pertimbangan teoritis menyatakan bahwa efisiensi pengumpulan untuk ukuran partikel tertentu akan menurun apabila ukuran alat pengumpul meningkat. Kecepatan arah aliran sangat penting dalam proses impaksi. Efisiensi pengumpulan akan meningkat Halaman ………… 18
VENTILASI INDUSTRI
AIR CLEANING
sejalan dengan meningkatnya kecepatan, dengan pertimbangan stopping distance juga akan meningkat seiring dengan meningkatnya kecepatan. Asumsi yang dinyatakan pada hal ini adalah kecepatan partikel sama dengan kecepatan arah aliran udara, dimana hampir pada kenyataannya benar. Ketika kecepatan udara sudah mulai berlebihan, bagaimanapun juga kecepatan isapan akan meningkat secara bertahap, hal ini menyebabkan gaya rekat menjadi berlebihan dan menyebabkan partikel yang terkumpul akan terbang kembali dan efisiensi pengumpulan akan menurun. Ukuran serat atau bahan filter pada umumnya dibandingkan dengan ukuran partikel yang akan dikumpulkan. Contohnya serat pada katun dan wool memiliki ukuran diameter bukaan antara 10 sampai 20 mm (11). Serat semacam ini cenderung terlalu besar untuk digunakan menjadi instrumen pengumpul yang efektif untuk menyisihkan partikel yang memiliki ukuran kecil sekali. Efisiensi penyisihan untuk debu halus dan asap pada awal pengaplikasian memiliki efisiensi yang rendah sampai pada saat lapisan telah terbentuk dipermukaan filter. Hal ini dinyatakan berdasarkan beberapa eksperimen sebelumnya. Untuk waktu yang pendek ketika kantung baru dipasang, atau seketika saat baru digunakan untuk pembersihan terdapat partikel yang lolos dari bahan. Difusi Pada partikel yang berukuran sangat kecil, dengan ukuran yang hampir sama dengan ukuran intermolecular, atau dapat dikatakan memiliki diameter kurang atau sekitar 0.1 sampai 0.2 mikron, difusi menjadi mekanisme yang paling dominan terjadi pada proses deposisi. Partikel yang memiliki ukuran sekecil ini akan mengikuti arah aliran akibat timbulnya kolisi dengan molekul gas, hasil dari gerak random Brown yang meningkatkan kemungkinan kontak antara partikel dan perm ukaan pengumpul. Ketika beberapa partikel telah terkumpul, konsentrasi gradien akan menjadi lebih sempurna yang akan menjadi gaya pendorong peningkatan kecepatan deposisi (11). Kecepatan udara yang rendah dapat meningkatkan efisiensi dengan meningkatkan waktu kontak dan menghasilkan kemungkinan kontak yang lebih lama dengan permukaan kantung filter. Pengumpul atau halangan yang lebih kecil juga dapat meningkatkan efisiensi pengumpulan (11). Elektrostatik. Selama elektrostatik dengan tidak ragukan lagi memegang peranan dalam penangkapan dan menyimpan partikel debu oleh baghouse filter , bukti ini tidak cukup untuk menyatakan mekanisme ini secara kuantitatif. Berdasarkan Frederick (1961), elektrostatik tidak hanya akan membatu proses filtrasi dengan menyediakan gaya tarik antara debu dan bahan, tetapi juga memiliki efek dalam aglomerasi partikel, kemampuan pembesihan bahan, dan efisiensi pengumpulan. Gaya ini memiliki sifat memberikan dorongan muatan menjadi efek friksi, menyatakan polaritas, intensitas muatan, dan kecepatan disipasi muatan baik pada debu dan media filter, dan hubungan antara keduanya dapat meningkatkan atau menghalangi proses filtrasi. Gaya ini hanya menyatakan perbedan kualitatif saja. Sebagai contoh, bahan A mungkin lebih baik daripada bahan B pada debu X, dimana bahan B lebih baik daripada bahan A untuk debu Y. Gaya ini memberikan beberapa “triboelektrik” bahan filter yang akan berguna untuk menjadi penduan dalam pemilihan bahan dengan sifat elektrostatiknya. 8.4.3.2.
Pertimbangan Desain
Baghouse filter merupakan alat pengendali yang m emiliki efisiensi pennyisihan yang tinggi . Dalam mendesain baghouse filter terdapat beberapa pertimbangan desain yang termasuk didalamnya optimasi dari kecepatan filtrasi V. Optimasi kecepatan filtrasi dapat diperoleh dengan menyeimbangkan antara biaya kapital (ukuran baghouse filter ) berbanding dengan biaya operasi (kehilangan tekan). Dalam pemilihan kecepatan filtrasi faktor utama yang menjadi pertimbangan awal adalah berdasarkan percobaan awal dengan debu yang hampir sama, karakteristik bahan, karakteristik partikel dan karakteristik aliran udara. 8.4.3.2.1.
Kecepatan Filtrasi. 3
Kecepatan filtrasi atau filter rasio didefinisikan sebagai rasio dari gas yang terfiltrasi (ft /menit) pada suatu 2 2 area filter media (ft ) tertentu. Unit dari filter rasio adalah cfm/ft . Secara fisik kecepatan filtrasi atau filter rasio, menggambarkan kecepatan rata-rata dimana gas melewati bahan tanpa mempertimbangkan Halaman ………… 19
VENTILASI INDUSTRI
AIR CLEANING
berapa area yang dibutuhkan oleh serat dan bahan apa yang digunakan. Berdasarkan alasan ini, bentuk superficial face velocity sering digunakan. Kecepatan filtrasi merupakan faktor penting dalam proses filtrasi. Apabila filter rasio terlalu besar akan menyebabkan kehilangan tekan yang berlebihan, mengurangi efisiensi pengumpulan, penyumbatan. Clement (1961) menekankan bahwa filter rasio tidak boleh terlalu rendah dari sudut pandang operasional. Hal ini dinyatakan berdasarkan pertimbangan ekonomis dimana sangat dihindari desain yang terlalu berlebihan. Berikut ini pada Tabel 8.2 yang menyatakan filter rasio maksimum pada jenis debu tertentu. Nilai ini dapat menggambarkan hasil yang telah disetujui oleh para ahli yang menunjukkan nilai optimum untuk meminimalisasi biaya, baik pada perawatan, dan juga pada pertimbangan pembiayaan awal. Tabel 8.2 Nilai kecepatan filtrasi maksimum dan kecepatan minimum pada debu dan asap Jenis debu dan asap
Alumina Asbestos Carbon Charcoal Cocoa Chocolate Ceramics Clay Cotton Cosmetics Flour Glass Gypsum Rock Soap Sugar (Sumber: Danielson,1967)
Kecepatan filtrasi maksimum, (cfm/ft2 cloth area) 2.25 2.75 2 2.25 2.25 2.25 2.5 2.25 3.5 2 2.5 2.5 2.5 3.25 2.25 2.25
Kecepatan pada cabang pipa (fpm) 4500(c,f) 3500-4000 4000-4500 4500 (a,g,h) 4000 (a,e,g,h) 4000 (a,e,g,h) 4000-4500 4000-4500 3500 (a,b,c,f) 4000 3500 (a,h) 4000-4500 4000 4500 3500 (a,b) 4000 (a)
Keterangan: a. Pressure relief . b. Flame-retardant cloth, c. Cyclone type cleaner , d. Spark arrester , e. Sprinklers, f. Special hoppers, gates and valves, g. Grounded bags, h. special electrical , i. Insulate casing Filter rasio yang direkomendasikan diatas digunakan hanya sebagai panduan saja. Nilai desain aktual mungkin membutuhkan beberapa penyesuaian seperti, nilai perlu dikecilkan bila ukuran partikel yang dominan akan disisihkan memiliki ukuran yang kecil. 8.4.3.2.2.
Media Filtrasi.
Media filter yang digunakan pada baghouse filter harus disesuaikan dengan temperatur dan pH dari gas buang (Tabel 8.3). Setiap tipe dari serat memiliki spesifikasi tersendiri.
Halaman ………… 20
VENTILASI INDUSTRI Tabel 8.3
AIR CLEANING
Ketahanan bahan terhadap temperatur dan zat kimia
Temperatur Maksimum Ketahanan terhadap bahan kimia Bahan F Asam Basa Dynel 160 Baik Baik Cotton 180 Buruk Baik Wool 200 Baik Buruk Nylon 200 Buruk Baik Polypropylene 200 Sangat Baik Sangat baik Orlon 260 Baik Cukup Dacron 275 Baik Cukup Nomex 400 Cukup Baik Teflon 400 Sangat Baik Sangat baik Glass 550 Baik Baik (Sumber: Kraus,1976; Buonicore and Davis,1992) 8.4.3.2.3
Mekanisme Pembersihan
Debu yang terakumulasi di media filter, akan menyebabkan meningkatnya kehilangan tekan sampai batas tertentu. Setelah batas tersebut tercapai maka perlu dilakukan pembersihan untuk mengurangi kehilangan tekan yang ada. Siklus pembersihan ini bisa dilakukan secara manual, semi otomatis, ataupun sepenuhnya otomatis.. Dari seluruh metode yang ada terdapat dua metode pembersihan pada baghouse filter yang telah digunakan secara luas yaitu reverse air , dan shaker baghouse filter . Pada kedua alat ini terdapat kriteria dalam mendesain yaitu kecepatan maksimum filtrasi yang sangat berhubungan dengan jenis industri apa yang akan ditangani. Tabel 8.4 Kecepatan maksimum filtrasi pada jenis debu tertentu pada shaker baghouse atau reverse air baghouse. Dusts Activated charcoal, Carbon black, Deterg ents, Metal fumes Alumunium Oxide, Carbon, Fert ilizer, Graphite, Iron O re, Lime, Paint, Pigments, Fly Ash, Dyes Alumunium, Caly, Coke, Charcoal, Cocoa, Lead Oxides, Mica, Soap, Sugar, Talc Bauxite, Ceramics, Chrome Ore, Feldspar, Flour, Flint, Glass, Gypsum, Plastics, Cement. Asbestos, Limestone, Quartz, Silica, Cork, Feeds and Grains, Marble, Oyster Shell, Salt Leather, Paper, Tobacco, Wood (Sumber: Danielson,1973; Turner et al.,1987)
Maximum filtering velocity 2 ft/min or cfm/ft 1.5 2 2.25 2.5 2.75 3.0-3.25 3.5
Namun nilai V (kecepatan maksimum) sangat bergantung pada muatan dari debu, kehalusan dari debu, dan faktor lainnya. Sebagai contoh, pada beberapa keadaan perlu dilakukan pengurang nilai yang ada di 3 tabel dari V antara 10-15% untuk muatan debu yang lebih besar dari 40gr/ft , dan beberapa perlu 3 ditingkatkan sebesar 20% untuk muatan debu yang kurang dari 5gr/ft . Hal ini juga terjadi pada partikulat dengan ukuran kurang dari 3µm (atau lebih besar dari 50µm), nilai yang ada di tabel menunjukkan bahwa nilai dar V harus dikurangi (atau dinaikkan) sebesar lebih kurang 20% (11). Nilai V yang terlalu besar dapat menyebabkan penetrasi partikel yang berlebihan, menutup pori-pori bahan dan bahkan dapat menurunkan umur bahan (11). Bahan yang dipilih (termasuk jenis rajutan) merupakan salah satu pertimbangan yang penting berdasarkan pada kemampuan melepaskan diri partikel dari bahan. Bahan yang digunakan harus benarbenar cocok dengan karakteristik dari aliran gas, dan juga dengan tipe partikulat. Bahan yang biasa untuk Halaman ………… 21
VENTILASI INDUSTRI
AIR CLEANING
digunakan memiliki kemampuan yang berbeda, hal ini berhubungan dengan temperatur operasi dan kandungan zat kimia yang ada pada aliran gas. Hal ini dapat terlihat pada Tabel 2.8 Reverse air baghouse dan shaker baghouse memiliki konstruksi dengan beberapa kompartemen. Pada saatnya untuk membersihkan kantung, salah satu kompartemen akan terisolasi dari aliran udara yang mengandung debu. Shaker Baghouse Metode shaker baghouse ini memiliki dua metode yaitu mechanical shaker dan pneumatic shaker. Mechanical shaker adalah metode pembersihan kantung dengan menggunakan alat motor elektrik yang berguna untuk mengguncang kantung. Terdapat eccentric translates yang memiliki gerakan memutar dari motor menjadi osilasi. Kantung dapat berguncang secara vertikal maupun horizontal. Merupakan hal yang penting untuk mempertahankan agar tidak ada tekanan didalam tabung filter selama kegiatan pengguncangan dilakukan. Tekanan yang sangat kecil untuk dideteksi oleh manometer masih dapat mengganggu proses pengguncangan.
Gambar .8.14
Shaker Baghouse (U.S Army Corps of Engineer)
Pneumatic shaker adalah salah satu metode yang memanfaatkan udara untuk mengoperasikan motor udara yang dapat menghasilkan getaran dengan frekuensi tinggi pada kerangka suspensi dari kantung. Walaupun frekuensinya tinggi, namun amplitudonya rendah. Metode ini kurang efektif untuk materi yang sukar lepas dari kantung, karena jumlah total energi yang diberikan terhadap kantung cukup rendah. Reverse Air Baghouse Pada sistem reverse air , udara bersih akan dialirkan melalui kantung pada kompartemen yang terisolasi dengan arah aliran yang berlawanan dengan aliran yang biasa. Dalam kedua keadaan tersebut, debu yang telah teraglomerasi di bahan akan meluruh dan jatuh ke hopper yang berada dibawah kompartemen. Debu akan secara periodik dikeluarkan darihopper dan dibuang atau digunakan kembali sesuai dengan kebutuhan. Secara umum, debit aliran pembersihan berukuran sedang tetapi terkadang kurang efektif dalam membersihkan kantung filter. Namun pada beberapa bahan, terutama bahan fiber glass, peregangan Halaman ………… 22
VENTILASI INDUSTRI
AIR CLEANING
akibat debit pembersihan yang disertai dengan guncangan dapat mengakibatkan kerusakan pada bahan.
Gambar .8.15
Reverse Air Baghouse (U.S. Army Corps of Engineer)
Pulse-jet baghouse Pulse-jet baghouse, merupakan jenis baghouse filter yang penggunaanya telah berkembang dalam 20-25 tahun terakhir. Metode operasi pulse-jet baghouse dapat dilihat secara skematis pada Gambar 2.26. Metode operasional pada jenis pulse-jet baghouse adalah metode filtrasi eksterior dimana udara yang akan difiltrasi dialirkan melewati kantung-kantung, dimana aliran udara bergerak dari bagian luar kantung menuju ke dalam. Sehingga debu yang akan disisihkan tertahan pada permukaan bahan. Pada pulse-jet baghouse terdapat kerangka yang berada didalam kantung yang berguna untuk mempertahankan kantung agar tidak jatuh. Metode pembersihan pada kantung-kantung filter menggunakan udara yang memiliki aliran udara cepat (30-100 millisecond), dengan tekanan udara yang besar (90-100 psi). Getaran udara ini dialirkan melalui solenoid valve sehingga membentuk gelombang udara yang tiba- tiba, yang membuat kantung menjadi meregang sehingga partikel yang tertahan di permukaan kantung akan meluruh. Waktu pembersihan kantung cenderung lebih singkat dari metode-metode lainnya dan baghouse tidak terbagibagi ketika pembersihan dengan pulse jet berlangsung. Pulse-jet baghouse secara umum hanya membutuhkan ukuran setengah dari ukuran reverse-air baghouse, yang merupakan pertimbangan yang cukup penting bagi area yang terbatas. Luas area yang tidak terlalu besar disebabkan karena pada system pulse-jet baghouse tidak terdapat kompartemen dan juga tidak terdapat kantung ekstra yang dibutuhkan oleh sistem-sistem lainn ya. Berdasarkan percobaan, sistem pembersihan pada pulse-jet baghouse dapat menyisihkan debu hingga hanya meninggalkan konsentrasi debu 1% di permukaan kantung (11). Namun dalam sistem pembersihan kantung pulse-jet baghouse, yang berlangsung ketika proses filtrasi terus berlanjut, dapat menyebabkan kantung yang digunakan menjadi mengkerut yang dalam hal ini dapat mengurangi efisiensi dari filtrasi itu sendiri.
Halaman ………… 23
VENTILASI INDUSTRI
AIR CLEANING
Tabel 8.5 Kecepatan filtrasi pada variasi debu atau asap pada pulse-jet baghouse Maximum filtering velocity 2 ft/min or cfm/ft
Dusts or fumes Carbon, Graphite, Metallurgical,Fumes, Soap, Detergents, Zinc Oxide
5-6
Cement(Raw), Clay(Green), Plastics, Paint Pigments, Starch, Sugar, Wood Flour, Zinc(Metallic)
7-8
Alumunium Oxide, Cement(Finished), Clay(Vitrified), Limestone, Gypsum, Mica, Quartz, Soybean, Talc
Lime,
Cocoa, Chocolate, Flour, Grains, Leather Dust, Sawdust, Tobacco
9-11 12-14
(Sumber: Danielson,1973;Theodore and Buonicore, 1976)
Gambar .8.16
Pulse-jet baghouse (U.S. Army Corps of Engineer)
Dalam pengoperasian baghouse filter hal lain yang penting adalah adanya kompresso untuk mengalirkan udara balik pada kantung. Pada umumnya dalam pengoperasian pulse-jet baghouse , aliran volumetrik dari udara kompresor setara dengan 0.2% – 0.8% dari aliran udara filtrasi dimana keduanya memiliki hubungan yang erat terhadap temperatur dan tekanan. Persamaan dari perhitungan tenaga pada kompresor adalah :
Halaman ………… 24
VENTILASI INDUSTRI
AIR CLEANING
----------------- 8.5
Dimana: W = η = γ = P1,P2 = Q1 =
tenaga kompresor aktual (kW) efisiensi kompresor rasio dari kapasitas panas (Cp/Cv) dari gas yang dikompres untuk udara g = 1,4 tekanan awal dan akhir (absolut) (kPa) 3 aliran volumetrik pada kompresor ( pada saat masuk) m /s
Kehilangan tekan pada pulse-jet baghouse, telah secara empiris berhubungan dengan kecepatan filtrasi, tekanan pulse, dan area densitas debu yang terdeposisi selama satu kali siklus filtrasi (3). Salah satu model, yang dikembangkan pada pengumpulan abu hasil pembakaran yang dikumpulkan pada kantung polyester adalah:
ΔP = 2.72ΔW dimana: ΔP V ΔW P
= = = =
.
P-
.
V
.
--------------------- 8.6
kehilangan tekan pada kantung dan deposisi debu (cm H2O) kecepatan filtrasi (cm/s) area densitas debu yang timbul antara dua kali pembersihan yang berurutan. (ΔW = L. v.tf ) tekanan pulse, atm
Berikut ini merupakan faktor yang penting dalam mendesain dan mengoperasikan tekanan pembersihan pada baghouse filter. Lokasi dan luas area untuk penempatan pulse-jet baghouse harus ditentukan. Kantung filter harus fleksibel, ringan dan tidak terlalu elastis untuk memungkinkan pengoperasian pembersihan kantung dengan kecepatan yang besar. Bahan yang digunakan harus memiliki bobot yang cukup (contoh: jumlah serat per unit area) sehingga terdapat banyak titik target untuk menangkap dan mengumpulkan debu. Struktur pori harus seragam. Area casing dari baghouse dan volume hopper yang cukup besar dapat meminimasi kehilangan tekan tambahan akibat adanya tekanan oleh proses pembersihan dan juga dapat memperbesar besarnya tekanan pembersihan tersebut. Aliran balik melalui filter pada filter dapat membantu proses pembersihan kantung. Tekanan yang dikirim kedalam bag harus berlangsung secara tiba-tiba, dengan aliran yang cukup untuk membersihkan kantung sampai bagian bawah kantung dengan peningkatan secara tibatiba. Intensitas dari tekanan balik harus serendah mungkin untuk menghemat udara pengkompres (dan menghemat kebutuhan energi) tapi cukup tinggi untuk mempertahankan kesetimbangan proses pembersihan. Waktu penginjeksian tekanan harus secepat mungkin. Udara yang digunakan adalah udara kering, dan bebas minyak. 8.4.3.2.5.
Susunan Kantung Filter
Kantung filter perlu disusun dengan baik sehingga terdapat ruangan yang cukup antara kantung filter yang memungkinkan aliran udara dapat secara bebas masuk kedalam filter dan meminimalkan berbagai
Halaman ………… 25
VENTILASI INDUSTRI
AIR CLEANING
hambatan aliran udara yang menyebabkan kehilangan tekanan yang besar selama proses filtrasi berlangsung. Penyusunan kantung filter ini juga penting agar antara kantung filter itu sendiri tidak saling bergesekan satu sama lain, terutama pada saat pembersihan. Apabila terlalu sering terjadi gesekan hal ini dapat menyebabkan peningkatan frekuensi penggantian kain filter, yang menyebabkan biaya operasi dan pemeliharaannya meningkat. Untuk berbagai variasi panjang filter, ruangan minimum antara kantung filter adalah 2 inchi atau 5 cm. Namun khusus untuk panjang filter yang memiliki panjang lebih dari 10 – 12 ft maka ruangan antara filter harus lebih dari 2 inch. Selain ruangan antara kantung filter, ruangan antara kantung dengan casing juga perlu diperhitungkan.
8.4.3.2.6
Gambar 8.17
Susunan Kantung Sejajar
Gambar 8.18
Susunan Kantung Zig-zag
Efisiensi Penyisihan Debu pada B ag house Filter
Penyisihan debu dengan menggunakan baghouse filter terdapat dua mekanisme yang memiliki peranan penting, yaitu mekanisme difusi dan intersepsi. Kedua mekanisme ini memiliki peran yang dominan dalam menentukan efisiensi penyisihan debu pada baghouse filter terutama pada debu yang memiliki ukuran relatif kecil. Model matematis telah dikembangkan untuk masing-masing mekanisme proses pengumpulan tersebut, sehingga efisiensi pengumpulan melalui dua mekanisme ini dinyatakan sebagai berikut:
Halaman ………… 26
VENTILASI INDUSTRI
AIR CLEANING
ηDC = 1 – (1 – ηD)(1 – ηC)
-------------------------
8.7
Dimana : ηD ηC
= =
Efisiensi pengumpulan melalui difusi Efisiensi pengumpulan melalui intersepsi
Friedlander (1977) telah mengembangkan persamaan diatas menjadi suatu persamaan yang mudah diterapkan untuk mendesain filter, yang dinyatakan sebagai berikut :
ηDC = 6Sc-2/3 Re-1/2 + 3R2 Re1/2
------------------------------------- 8.8
Dimana :
Dengan
Dan
µ ρ k T dp n Df
= = = = = = =
viskositas fluida densitas fluida -6 konstanta Boltzmann = 1,4.10 temperatur (K) diameter partikel kecepatan gas dalam filter diameter fiber
Pada hakikatnya kolektor pada baghouse filter dapat diasumsikan sebagai kumpulan serat ( fiber ) tunggal yang terintegrasi satu sama lain. Sehingga jika efisiensi total baghouse filter hT, dapat dinyatakan sebagai berikut,
ηT = 1 – (1 – ηDC)
n
---------------------------- 8.9
dalam kenyataanya, nilai n cukup besar (lebih besar dari 25), sehingga persamaan dapat dimodifikasi
Halaman ………… 27
VENTILASI INDUSTRI
AIR CLEANING
menjadi,
------------------------ 8.10
-------------------------- 8.11
Dimana ηT N NO H Df α n
= = = = = = =
effisiensi total fabric 3 Konsentrasi akhir (mg/m ) 3 Konsentrasi awal (mg/m ) tebal fiber (mm) diameter fiber (mm) densitas fiber jumlah lapisan fiber
Perhitungan hT sangat penting dalam pemilihan jenis fabric . Untuk menghitung hTdiperlukan spesifikasi jenis fabric yang akan dipilih dalam desain baghouse filter . Seperti terlihat dalam Tabel 8.6 berikut ini, Tabel.8.6. Kode Fabric A
Karakteristik Fiberglass Filamen Bulk Wrap B Polyester All-spun Nomex-Needled C Felt Polyester D Filamen(Knitted) Polyester E Filamen Warspun F Polyester Filamen (Sumber :Buonicore, 1992)
Karakteristik bahan Diameter fiber (µm) 8
a 0.296
H (µm) 635
12.5
0.344
2092
15
0.083
2553
13
0.355
559
25
0.393
381
25
0.58
228
STUDI KASUS
Halaman ………… 28
VENTILASI INDUSTRI
AIR CLEANING
Udara yang bersih keluar melalui bagian atas cyclone mengalir kebawah begitu seterusnya . Bagaimana cara menghitungnya? apa saja yang diperlukan untuk menentukan besar ducting, cyclone dan blower.
1.Tentukan kapasitas debu/material yang akan ditransport 2.Dari grafik dibawah ini dapat diketahui diameter dari ducting.
4.
Setelah diameter dan kecepatan di ketahui maka dapat
dihitung kapasitas udara yang diperlukan (m3/jam) ,
Q = A*V. 5.
Dari kecepatan pada ducting, diameter dan panjang ducting dapat dihitung besarnya pressure loss/ static pressure.
5.Kalikan Static Pressure sepanjang "Z" lihat diagram dibawah dengan safety factor. 6.Dari total static pressure dan kapasitas kita dapat menentukan jenis blower dan powernya, dan dari kapasitas kita juga dapat menentukan jenis dan ukuran cyclone.
Halaman ………… 29
VENTILASI INDUSTRI
AIR CLEANING
Contoh K as us : Diketahui Debu/serbuk yang akan ditransport 2.3 ton/jam kecepatan pada ducting 28 m/s dari diagram diatas berarti diameter ducting 250 mm. Q = A*V, kapasitas udara yang diperlukan 4945.5 m3/jam.
Diketahui jarak dari outlet cyclone ke rotary lock 30m + 2 elbow, sedangkan dai rotary lock ke inlet cyclone (Z) 20m + 2 elbow (lihat diagram), Perhitungan 1. Pressure loss dari cyclone ke rotary lock adalah : ducting 30 m = 777.6 Pa, elbow 2x = 117.6 Pa ; Jumlah = 895.2 Pa.
2.
Pressure loss dari rotary lock ke cyclone (Z) adalah : ducting 20m = 518.4 Pa, elbow 2x =117.6 Pa. Jumlah = 636 Pa. Kalikan bagian ini Z dengan Safety Factor = 1.23*V + m/1.23*V = 1.0. Jadi 636 Pa *1= 636 Pa. Pressure Loss dari cyclone kembali ke cyclone menjadi 895.2+636 = 1531.2 Pa. Pressure loss dari cyclone 800 Pa.
3
.Total Pressure loss dari sistem menjadi = 1531.2 + 800 = 2331.2 Pa.
Untuk memudahkan perhitungan bisa menggunakan Calculator Dust Collector. Parameter Kapasitas dan static pressure dipakai unuk m enentukan jenis/ukuran blower dan ukuran cyclone.
Halaman ………… 30
